農(nóng)藥行業(yè)自動化系統(tǒng)存在的問題及改造方向

馬曉麗，劉稼琛，劉潤柱，綦長茂

(1.天津市昊安安全衛(wèi)生評價監(jiān)測有限公司，天津 300000；2.天津渤化資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司，天津 300000；3.北京市安全生產(chǎn)工程技術(shù)研究院，北京 100010)

作為農(nóng)業(yè)大國，中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中病蟲害的發(fā)生使得農(nóng)藥成為常用的一種產(chǎn)品[1]。我國農(nóng)藥行業(yè)起步較晚，但經(jīng)過多年發(fā)展現(xiàn)在已是全球第一大農(nóng)藥生產(chǎn)國[2]，對外出口比例達(dá)70%以上，2019 年我國農(nóng)藥總產(chǎn)量225 萬t[3]。但是需要注意的是，化工農(nóng)藥企業(yè)大多涉及“兩重點一重大”，其原料及生產(chǎn)工藝危險性較高，農(nóng)藥企業(yè)在生產(chǎn)和存儲過程中，如果設(shè)備設(shè)施本質(zhì)安全性較低，就可能引起危險化學(xué)品的泄露導(dǎo)致火災(zāi)爆炸或人員中毒[4]，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失并對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染和破壞[5]。因此，在農(nóng)藥業(yè)生產(chǎn)中選擇合適的手段來對安全問題進(jìn)行防控顯得非常重要，只有保障了生產(chǎn)安全，才能夠保證我國農(nóng)藥行業(yè)實現(xiàn)高效、可持續(xù)發(fā)展[6]。

1 相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的安全要求

農(nóng)藥行業(yè)是精細(xì)化工行業(yè)重要組成部分，目前我國危險化學(xué)品安全監(jiān)管體制在逐步完善，使精細(xì)化工行業(yè)能夠更好的更加穩(wěn)步的持續(xù)發(fā)展，提升整個行業(yè)的本質(zhì)安全水平，提高設(shè)備自動化控制水平[7]，從源頭上防范化解重大安全風(fēng)險提供了保障。

近些年來，安全監(jiān)管部門陸續(xù)發(fā)布一系列文件。2014 年原國家安全監(jiān)管總局發(fā)布的《國家安全監(jiān)管總局關(guān)于加強(qiáng)化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導(dǎo)意見》(安監(jiān)總管三[2014]116 號)提出涉及“兩重點一重大”在役生產(chǎn)裝置或設(shè)施的化工企業(yè)和危險化學(xué)品儲存單位，要在全面開展過程危險分析(如危險與可操作性分析)基礎(chǔ)上，通過風(fēng)險分析確定安全儀表功能及其風(fēng)險降低要求，并盡快評估現(xiàn)有安全儀表功能是否滿足風(fēng)險降低要求。

2017 年原國家安全監(jiān)管總局發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)精細(xì)化工反應(yīng)安全風(fēng)險評估工作的指導(dǎo)意見》(安監(jiān)總管三[2017]1 號)要求根據(jù)《精細(xì)化工反應(yīng)安全風(fēng)險評估導(dǎo)則(試行)》，對反應(yīng)中涉及的原料、中間物料、產(chǎn)品等化學(xué)品進(jìn)行熱穩(wěn)定性測試，對化學(xué)反應(yīng)過程開展熱力學(xué)和動力學(xué)分析，確定反應(yīng)工藝危險度等級，根據(jù)反應(yīng)工藝危險度等級，明確安全操作條件。

2022 年12 月30 日正式發(fā)布實施的《精細(xì)化工反應(yīng)安全風(fēng)險評估規(guī)范》(GB/T42300—2022)進(jìn)一步對評估對象、評估內(nèi)容、評估結(jié)果應(yīng)用做出更具體的要求。

2020 年4 月國務(wù)院安委會發(fā)布的《全國安全生產(chǎn)專項整治三年行動計劃》(安委[2020]3 號)中《危險化學(xué)品安全專項整治三年行動實施方案》提出進(jìn)一步提升危險化學(xué)品企業(yè)自動化控制水平，繼續(xù)推進(jìn)“兩重點一重大”生產(chǎn)裝置、儲存設(shè)施可燃?xì)怏w和有毒氣體泄漏檢測報警裝置、緊急切斷裝置、自動化控制系統(tǒng)的建設(shè)完善，并于2020 年底前涉及“兩重點一重大”的生產(chǎn)裝置、儲存設(shè)施的上述系統(tǒng)裝備和使用率必須達(dá)到100%；推動涉及重點監(jiān)管危險化工工藝的生產(chǎn)裝置實現(xiàn)全流程自動化控制，2022 年底前所有涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、過氧化工藝裝置的上下游配套裝置必須實現(xiàn)自動化控制，最大限度減少作業(yè)場所人數(shù)。

2022 年6 月22 日國家應(yīng)急部發(fā)布的《危險化學(xué)品生產(chǎn)建設(shè)項目安全風(fēng)險防控指南(試行)》(應(yīng)急[2022]52 號)提出涉及硝化、加氫、氯化、氟化、重氮化、過氧化等反應(yīng)工藝危險度在3 級及以上的生產(chǎn)車間(區(qū)域)，同一時間現(xiàn)場操作人員不得超過3 人；車間內(nèi)采用符合抗爆設(shè)計的防爆墻分隔的，可按照不同一區(qū)域處理；涉及易燃易爆、毒性氣體、毒性粉塵、爆炸性粉塵的作業(yè)現(xiàn)場或廠房的最大人數(shù)(包括交接班時)不得超過9 人。

2 農(nóng)藥行業(yè)自動化系統(tǒng)存在問題

農(nóng)藥及農(nóng)藥中間體的生產(chǎn)以間歇生產(chǎn)為主，與連續(xù)化生產(chǎn)裝置相比，自動化控制水平遠(yuǎn)低于連續(xù)化生產(chǎn)裝置。經(jīng)過3 年專項整治攻堅，農(nóng)藥行業(yè)生產(chǎn)自動化控制水平有顯著提高，但同時也暴露了很多的問題。

2.1 自動化控制水平還需繼續(xù)提高

農(nóng)藥行業(yè)中老企業(yè)和小型企業(yè)自動化程度水平有待進(jìn)一步提高。如部分企業(yè)未設(shè)置緊急停車系統(tǒng)和安全儀表系統(tǒng)，關(guān)鍵參數(shù)調(diào)節(jié)未達(dá)到自動化，未按要求設(shè)置聯(lián)鎖，一旦遇到緊急情況，難以及時有效切斷物料，阻止后果擴(kuò)大；自動化控制水平有待提高還體現(xiàn)在涉及氯化、氟化、重氮化等工藝裝置的上下游配套裝置自動化控制手段不足，上下游手工操作較多，特別是涉及投料(尤其是固體料)、過濾(壓濾、離心分離、減壓過濾等)等工序自動化程度偏低，現(xiàn)場作業(yè)人員較多。

2.2 自動化控制專業(yè)技術(shù)人員匱乏

農(nóng)藥行業(yè)中小型企業(yè)自動化控制專業(yè)技術(shù)人員匱乏主要體現(xiàn)在2 個方面：一是缺乏自動化控制專業(yè)技術(shù)人員[5]，二是現(xiàn)有專業(yè)技術(shù)人員對自動化系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)、有毒氣體、可燃?xì)怏w及火災(zāi)檢測保護(hù)系統(tǒng)等在設(shè)計、安裝、操作和維護(hù)生命周期的各階段，還存在風(fēng)險分析不足、設(shè)計選型不當(dāng)、冗余容錯結(jié)構(gòu)不合理、缺乏明確的檢驗測試周期、預(yù)防性維護(hù)策略針對性不強(qiáng)等問題。自動化控制專業(yè)人員不足成為企業(yè)自控系統(tǒng)改造及發(fā)揮應(yīng)有作用的較大薄弱環(huán)節(jié)。

2.3 報警管理不善

控制室報警主要指工藝報警及可燃?xì)怏w和有毒氣體探測報警。

工藝報警的主要問題有工藝系統(tǒng)無效報警、提示報警和異常報警不加區(qū)分、報警優(yōu)先級設(shè)置錯誤、隨意屏蔽和變更報警、無異常報警后處置預(yù)案等。許多企業(yè)設(shè)置了自控系統(tǒng)(DCS 或PLC)，工藝過程調(diào)節(jié)提示報警、波動異常時的報警較多，同樣的生產(chǎn)裝置較多時大量溢出的報警占據(jù)控制系統(tǒng)報警匯總畫面，造成操作員手足無措，無法及時發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵工藝設(shè)備異常狀態(tài)，給安全生產(chǎn)造成較大的威脅；DCS 等控制系統(tǒng)人機(jī)界面復(fù)雜、不清晰，無法給操作員提供快速和正確的指引，及時發(fā)現(xiàn)和處置各類工藝設(shè)備異常工況。報警管理不善可能釀成重大安全事故，2005 年3 月23 日，BP 石油公司在美國德克薩斯的一家煉油廠發(fā)生爆炸事故導(dǎo)致15 人死亡，170 人傷。美國OSHA 調(diào)查認(rèn)為報警管理不善是造成事故的一個主要原因，在爆炸發(fā)生前1 h 內(nèi)，操作臺上的報警數(shù)量有130 多個，操作員無法發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵異常工況并及時響應(yīng)。

可燃?xì)怏w和有毒氣體報警系統(tǒng)的主要問題有：未設(shè)置一、二級報警或報警值設(shè)置錯誤；未定期對泄漏檢測報警裝置進(jìn)行校驗，超期服役(工業(yè)場所內(nèi)的可燃?xì)怏w探測器使用年限多為3 年或5 年)；無一、二級報警后處置預(yù)案，對報警不做原因分析；有毒有害、可燃?xì)怏w檢測探頭布置未經(jīng)正規(guī)設(shè)計；有毒有害、可燃?xì)怏w檢測報警系統(tǒng)未獨立設(shè)置等。

2.4 企業(yè)自控系統(tǒng)安全管理亟待加強(qiáng)

許多涉及重點監(jiān)管的危險化工工藝的中小農(nóng)藥企業(yè)近幾年新設(shè)置了安全儀表系統(tǒng)、改造了自控系統(tǒng)，但自控系統(tǒng)的管理未跟上硬件更新的步伐，存在著管理制度未建立或未制定相應(yīng)的操作規(guī)程，如DCS 系統(tǒng)操作規(guī)程、SIS 操作規(guī)程、SIS 維護(hù)制度、安全儀表系統(tǒng)定期檢驗測試計劃、聯(lián)鎖摘除和恢復(fù)工作程序、DCS 和SIS 系統(tǒng)管理權(quán)限制度、儀表檢查、維護(hù)、使用、檢定等各類臺賬及儀表巡檢記錄不系統(tǒng)、不完善、不具體等問題。規(guī)范自控系統(tǒng)及安全儀表系統(tǒng)、工藝報警系統(tǒng)、有毒有害、可燃?xì)怏w檢測報警系統(tǒng)管理工作亟待加強(qiáng)。

3 自動化系統(tǒng)改造方向

我國農(nóng)藥向減量、減毒、減殘留方向發(fā)展，農(nóng)藥生產(chǎn)工藝逐漸向綠色、本質(zhì)安全方向轉(zhuǎn)型[3]。農(nóng)藥原藥產(chǎn)量減量的同時，對產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境影響、過程安全提出了更高的要求，而提高生產(chǎn)過程的自動化控制水平是必由之路。

3.1 以風(fēng)險分析為基礎(chǔ)提升自控水平

2023 年整個精細(xì)化工行業(yè)將繼續(xù)推進(jìn)自動化提升工作，涉及重點監(jiān)管危險化工工藝，特別是涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、過氧化工藝裝置的農(nóng)藥及農(nóng)藥中間體企業(yè)，生產(chǎn)全流程自動化系統(tǒng)的改造繼續(xù)推進(jìn)。

第一，企業(yè)要充分發(fā)揮工藝、設(shè)備、儀表、安全等專業(yè)技術(shù)人員和現(xiàn)場操作骨干人員的作用，在“全流程反應(yīng)安全風(fēng)險評估報告”基礎(chǔ)上，做好風(fēng)險分析(如HAZOP/LOPA)工作，充分辨識工藝過程的風(fēng)險，補(bǔ)充完善安全管控措施，確保設(shè)備設(shè)施滿足工藝安全要求。第二，做好工程設(shè)計階段工作，要緊扣“最大限度減少作業(yè)場所人數(shù)”目標(biāo)，在初步設(shè)計完成之后，建議企業(yè)再次和設(shè)計院一起開展HAZOP 分析，完善設(shè)計方案；企業(yè)也可聘請工藝、自控方面專家對設(shè)計方案進(jìn)行評審。第三，在改造過程中，要特別關(guān)注DCS 控制系統(tǒng)的組態(tài)問題，在步驟控制、程序控制、工藝過程預(yù)置控制曲線等方面一定要結(jié)合農(nóng)藥及農(nóng)藥中間體的工藝特點。比如在雙甘磷的生產(chǎn)流程中升溫、蒸發(fā)、回流、冷卻等每一步工序都需要不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時進(jìn)行動作，企業(yè)可以根據(jù)數(shù)據(jù)積累，預(yù)置各工序的控制曲線，過程自動控制，擬合預(yù)置曲線，在保證安全控制的條件下，還可提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，節(jié)能降耗，一舉多得。第四，工藝操作規(guī)程的修訂、自控系統(tǒng)操作規(guī)程的編制，人員培訓(xùn)。第五，完成SIS 系統(tǒng)的SIL驗證。各地要求不一，有的省市要求在設(shè)計完成后開展SIS 系統(tǒng)的SIL 預(yù)驗證，投入使用前進(jìn)行正式驗證。第六，整個自動化系統(tǒng)改造驗收，原則是否達(dá)到“最大限度減少作業(yè)場所人數(shù)”，是否滿足應(yīng)急部[2022]52 號文的要求。

3.2 解決專業(yè)技術(shù)人員匱乏問題

若要使自動化系統(tǒng)改造工作落到實處，專業(yè)技術(shù)人員匱乏問題是必須解決的問題[8]。首先企業(yè)可以通過外聘技術(shù)專家或第三方機(jī)構(gòu)專業(yè)團(tuán)隊，解決燃眉之急；同時培訓(xùn)專業(yè)技術(shù)人員[化工自動化控制儀表特種作業(yè)人員、執(zhí)行功能安全運(yùn)行維護(hù)人員(GB/T 41295.4—2022)]并采取和職業(yè)院校聯(lián)合定向培養(yǎng)企業(yè)技術(shù)人員做好長遠(yuǎn)規(guī)劃；企業(yè)還需培養(yǎng)自己的風(fēng)險評估隊伍，逐步過渡到HAZOP/LOPA 分析由企業(yè)自己定期開展。

3.3 加強(qiáng)自控系統(tǒng)制度管理

加強(qiáng)管理首先要做好自控系統(tǒng)管理的建章立制工作。例如企業(yè)需要建立自控系統(tǒng)(包括DCS 系統(tǒng)、SIS 系統(tǒng)、可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警系統(tǒng))全生命周期管理制度；報警及聯(lián)鎖管理制度(分專業(yè)，如工藝報警、設(shè)備報警、安全報警等；聯(lián)鎖分級，如分A/B/C 三級聯(lián)鎖管理，SIS 聯(lián)鎖、公用工程聯(lián)鎖、引發(fā)多個生產(chǎn)單元停車的聯(lián)鎖定為A 級，某一個生產(chǎn)單元或某一臺關(guān)鍵設(shè)備停車的聯(lián)鎖定為B 級，其他聯(lián)鎖分為C 級，具體分級根據(jù)企業(yè)實際情況確定)；報警及聯(lián)鎖解除(投用)變更管理制度；DCS 和SIS 系統(tǒng)管理權(quán)限制度；SIS 維護(hù)管理制度及規(guī)程(應(yīng)涵蓋SIS 防止的危險或風(fēng)險事件，聯(lián)鎖設(shè)定值及其SIS 動作，旁路和復(fù)位等功能的使用，對SIS 報警和SIF 動作的響應(yīng)，何時啟動以及如何操作手動關(guān)停或啟動開關(guān)，SIS 診斷報警的含義以及相關(guān)的響應(yīng)等)。企業(yè)還應(yīng)建立儀表檢查、維護(hù)、使用、檢定等各類臺賬及儀表巡檢記錄和自動化系統(tǒng)技術(shù)文檔，如P&ID 圖、聯(lián)鎖邏輯圖、邏輯控制器卡件排布圖、接線圖、SIF 回路構(gòu)成部分的SIL證書、安全手冊等。

3.4 強(qiáng)化報警安全管理

生產(chǎn)運(yùn)行裝置工藝、設(shè)備(包括電氣)的報警及聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)施是確保安全生產(chǎn)，避免事故發(fā)生的重要技術(shù)措施；可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)是重要的預(yù)警技術(shù)措施，它們的運(yùn)行狀況直接影響著生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行及操作人員人身安全。企業(yè)既不能刻意減少報警，不滿足企業(yè)安全需要(如裝置或設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入危險區(qū)域或物料發(fā)生泄漏，操作人員還不知道)；也不能有過多的報警或無效報警使得報警泛濫，給事件記錄的查詢和工況的判斷帶來一定的困難。

對于間歇操作來說，報警范圍的確定主要考慮工藝過程的反應(yīng)安全風(fēng)險評估的結(jié)果(技術(shù)最高溫度MTT、失控體系最大反應(yīng)速率到達(dá)時間為24 h對應(yīng)的溫度TD24，以及失控體系可能達(dá)到的最高溫度MTSR、初始分解溫度等)、行業(yè)事故案例、結(jié)合報警設(shè)置及聯(lián)鎖相關(guān)的所有的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，由技術(shù)提供方、設(shè)計院相關(guān)人員、企業(yè)工藝、設(shè)備、儀表、電氣、安全等技術(shù)人員多方參與的一個論證(HAZOP分析)、修改過程(變更管理)。總的原則是必要的報警和聯(lián)鎖不能少，避免出現(xiàn)報警泛濫情況，動態(tài)管理過程。